determinación del índice de comprensibilidad y expansión de suelos en las regiones de ecuador

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
ASIGNATURA: MECANICA DE SUELOS CIV….
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
TEMA: Determinación del índice de compresibilidad e índice de expansión de los suelos cohesivos
blandos
Docente: Ing. Jorge Nuñez Vivar
Estudiantes:
Semestre: Cuarto Semestre “…”
Fecha de Entrega:
Periodo Académico: 2022 S

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Tabla de contenido
1. Resumen.....................................................................................................................................3
2. Abstract ......................................................................................................................................4
3. Introducción ...............................................................................................................................5
4. Metodología ...............................................................................................................................6
5. Desarrollo de la Investigación y Resultados ..............................................................................7
5.1. Que es el Índice de Comprensibilidad.................................................................................7
5.2. Ensayos de Laboratorio para determinar el índice de compresibilidad...............................7
5.3. Índice de comprensibilidad en suelos..................................................................................8
5.4. Que es el Índice de Expansión.............................................................................................9
5.5. Índice de Expansión.............................................................................................................9
5.6. Valores de Índice de Comprensibilidad y expansión en suelos cohesivos blandos ..........10
7. Conclusión................................................................................................................................11
8. Bibliografía...............................................................................................................................11

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1. Resumen
El presente trabajo de investigación es una investigación bibliográfica misma que
proporciona ecuaciones empíricas para el cálculo del índice de Comprensibilidad y Expansión en
suelos cohesivos blandos, con la finalidad de determinar los asentamientos permitidos en ciertas
zonas locales que presentan este tipo de suelo, además se compara algunos valores de estos índices
con los de otro país, notando si en el ensayo edométrico las curvas de las muestras tiene cifras
similares en ambos casos, igualmente cuál sería la manera de obtener mayor precisión en los
ensayos que se realizan en laboratorios para tener mayor precisión en la obtención de datos.
Suelos Cohesivos: En los suelos cohesivos existen partículas muy pequeñas donde predominan los
efectos electroquímicos superficiales.
Ensayo: Son todos aquello ensayos que permiten estudiar las propiedades del suelo a través de
muestras.
Índice de Comprensibilidad: Variación de Vacíos vs Tensión efectiva en el tramo virgen.
Índice de Expansión: Variación de Vacíos vs Tensión efectiva en el tramo de descarga.
Asentamiento: Se llama asentamiento al movimiento descendente vertical del terreno debido a la
aplicación de cargas que causan cambios en las tensiones dentro del terreno.

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2. Abstract
The present research work is a bibliographical investigation itself that provides empirical
equations for the calculation of the index of Comprehensibility and Expansion in soft cohesive
soils, with the purpose of determining the settlements allowed in certain local areas that present
this type of soil, in addition it compares some values of these indices with those of another
country, noting if in the edometric test the curves of the samples have similar figures in both cases,
also what would be the way to obtain greater precision in the tests that are carried out in
laboratories to have greater precision in obtaining data.
Cohesive Soils: In cohesive soils there are very small particles where superficial electrochemical
effects predominate.
Test: They are all those tests that allow studying the properties of the soil through samples.
Compressibility Index: Variation of Voids vs. Effective Stress in the virgin section.
Expansion Index: Variation of Voids vs. effective tension in the discharge section.
Settlement: Settlement is the vertical downward movement of the ground due to the application of
loads that cause changes in the stresses within the ground.

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3. Introducción
Generalmente cuando se suscita una iniciativa ya sea pública o privada de realizar una obra
civil, se determina un cronograma de actividades en donde el punto de partida es la realización de
varios estudios preliminares, de los cuales uno de los parámetros más importantes es el estudio de
suelos (Galindo, 2000)
El suelo es una mezcla de agregados grueso y finos que por presencia de agentes
atmosféricos han ido cambiando mecánicamente su estructuración y depositados en distintas
zonas, además de combinarse con algunos agentes vivos para cambiar sus propiedades. El tipo de
suelo, su composición química y la naturaleza de su origen orgánico son importantes para la
agricultura, así como para la construcción (Nieto Leal & Kaliakin, 2016).
Al momento de diseñar y construir obras civiles, la estabilidad del suelo que soportará la
estructura es un parámetro que debe ser analizado con precisión, para evitar serios problemas en la
vida útil de la obra. Estudio han comprobado que es necesario implementar un buen proceso de
mejoramiento y estabilización de suelos, así garantizando una adecuada estabilidad y deformación
que el suelo puede causar en la obra de interés (Cáceres Cárdenas et al., 2022).
Para la determinación de los asentamientos es necesario obtener parámetros fundamentales
tales como el índice de compresibilidad y expansión de suelos, esto debido que a lo largo de la
historia el hombre ha construido proyectos en zonas con problemas de suelos cohesivos
(arcillosos) y se han dado diversas dificultades con sus edificaciones. Los ensayos de
consolidación y triaxial son los estudios de suelos más usados, pero a su vez costosos para
determinar estos índices (ARRIETA, 2002).

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4. Metodología
Para desarrollar la presente investigación que tiene como objetivo “Determinar los índices
de comprensibilidad y expansión en suelos cohesivos blandos”, se procedió a indagar la base de
datos de datos en revistas científicas como Scielo, Novasinergia, Dialnet, además de repositorios
como Google academic entre otros, para llevar a cabo su correcta comprobación, análisis y
determinación de factores de impacto y categorías de una revista científica, además de reforzar
estas bases de datos mediante bibliografía relacionados con el tema.
La metodología utilizada para la realización del presente documento es " Analítica -
Descriptiva ", en donde se empleó una revisión bibliográfica en la plataforma de investigación
“Scopus”, el cual nos facilitó artículos relacionados al tema de estudio “Determinar los índices de
comprensibilidad y expansión en suelos cohesivos blandos” para de esta manera obtener
información adecuada para el presente trabajo de investigación.
A continuación, se presenta el desarrollo metodológico de las actividades correspondientes
al informe por medio de un mapa conceptual:
Figura 1. Esquema metodología empleada.

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5. Desarrollo de la Investigación y Resultados
Toda estructura de edificación siempre sufrirá asentamientos por efecto de las cargas
actuantes (peso propio, carga viva y muerta, carga de sismo) y es función del tipo de suelo
donde se asienta este tipo de estructuras, mismo que tienen que garantizar un asentamiento
adecuado para que la edificación no presente fallas catastróficas a lo largo de su tiempo
útil, uno de los principales parámetros que se hablara en la presente investigación es el
índice de compresibilidad y expansión en suelos cohesivos.
5.1. Que es el Índice de Comprensibilidad
El índice de comprensibilidad representa uno de las características mecánicas de mayor
importancia en el proceso de consolidación de los suelos, puesto que tiene una relación
directa con los asentamientos que presenta el suelo durante un determinado tiempo.
5.2. Ensayos de Laboratorio para determinar el índice de compresibilidad
Los ensayos de laboratorio para analizar la compresibilidad de los suelos es el ensayo
edométrico, este tipo de ensayo es ideal para suelos cohesivos blandos y su información es
muy considerable imposibles de obtener con otros ensayos geotécnicos como el SPT o
CBR, la única desventaja de este ensayo es que no puede medir la deformación lateral de la
muestra. Cabe recalcar que todos los suelos poseen características distintas mismas que se
ven reflejado en la figura 2 del presente documento.
Figura 2. Curvas edométrico características, (Garcia, 2018)

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5.3. Índice de comprensibilidad en suelos
El índice de comprensibilidad como ya se había explicado es la variación de vacíos vs
tensiones efectivas mismas que están expresadas por la siguiente formula:
𝐶𝑐 =
∆𝑒
∆ 𝑙𝑜𝑔 𝜎𝑒𝑓
=
𝑒𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑒𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
log
𝜎′𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝜎′𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
Dónde: Δe = Variación del índice de vacíos
Δlogσef = Variación de la tensión efectiva
Tabla 1: Índice de Comprensibilidad en suelos cohesivos
Suelos
Tensión efectiva
consolidada σcef (kPa)
Tensión efectiva final
en el suelo σef (kPa)
Índice de
comprensibilidad Cc (-)
CL arcilla blanda 160 200 0.34
CL arcilla dura 170 250 0.44
CH arcilla blanda
con capas de limo
340 290 0.52
Fuente. (Campoverde Córdova, 2013)
También están disponibles algunas expresiones empíricas para determinar el Cc en
arcillas limos o suelos orgánicos con la diferencia que su aplicación es más o menos local.
Tabla 2: Expresiones para calcular Cc
Suelos Ecuaciones Referencias
Arcillas transformadas 𝐶𝑐 = 0.007(𝑊
𝑧 − 7%) Skempton 1944
Arcillas 𝐶𝑐 = 1.15(𝑒0 − 0.35) Nishida 1956
Arcilla Brasilera
Arcilla de San Pablo
𝐶𝑐 = 0.256 + 0.43(𝑒0 − 0.84)
𝐶𝑐 = 0.0046(𝑊
𝑧 − 9%)
Cozzolino 1961
Arcilla de New York 𝐶𝑐 = 0.009(𝑊
𝑧 − 10%) Terzaghi a Peck 1948
Arcilla de baja plasticidad 𝐶𝑐 = 0.75(𝑊0 − 0.50) Sowers 1970
Arcilla y limos Taipei 𝐶𝑐 = 0.54(𝑒0 − 0.23)
𝐶𝑐 = 2.203 ∗ 𝜌𝑐 ∗ 𝑒0(1 − (
0.4
𝑒0
)
2
)
Moh a kol. 1989
Arcillas
𝐶𝑐 =
𝑎 ∗ 𝑤𝑧
100
(1 − (
20
𝑤𝑧
)
2
) Pestana 1994
Fuente. (Campoverde Córdova, 2013)

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5.4. Que es el Índice de Expansión
Al igual que el índice de comprensibilidad el índice de expansión representa un
parámetro importante en el proceso de consolidación de los suelos, puesto que su relación
es directa con los asentamientos y su relación también es entre los vacíos y la tensión
efectiva del suelo, a comparación del índice de compresibilidad está pendiente se estudia en
el tramo de descarga.
5.5. Índice de Expansión
El índice de Expansión o recompresión Cs es determinado por el gráfico representando
la variación de vacíos en función de tensión efectiva σef representada en la escala
logarítmica por una secuencia de descarga-recarga vista en la figura 3.
Figura 3. Índice de vacíos vs tensión efectiva, (Campoverde Córdova, 2013).
Para determinare el índice de expansión en suelos cohesivos blandos se puede
determinar mediante la siguiente expresión:
𝐶𝑠 =
∆𝑒
∆ 𝑙𝑜𝑔 𝜎𝑒𝑓
=
𝑒𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑒𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
log
𝜎′𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝜎′𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
Dónde: Δe = Cambio del índice de vacíos en la curva de descarga-recarga.
Δlogσef = Cambio de la tensión efectiva para la curva de descarga-recarga.
Línea Virgen
Línea de Descarga

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5.6. Valores de Índice de Comprensibilidad y expansión en suelos cohesivos blandos
Basando en la tesis “Determinación del Índice de Compresibilidad e índice de expansión
de los suelos cohesivos blandos en la zona de Tonsupa en la provincia de Esmeraldas “
(Calvo & Durán, 2013), se pudo obtener los siguientes valores expresadas en la tabla 3.
Tabla 3: Valores de los índices de compresibilidad (Cc) y expansión (Cs)
Muestra Profundidad Índice de
Compresibilidad Cc
Índice de Expansión
Cs
1
2 0.256 0.047
3 0.395 0.053
4 0.219 0.053
2
2 0.262 0.070
3 0.299 0.073
4 0.372 0.063
3
2 0.332 0.080
3 0.409 0.076
4 0.395 0.076
Fuente. (Calvo & Durán, 2013)
6. Discusiones
A partir de la curva edométrica obtenida del ensayo de laboratorio de suelos se puede
obtener parámetros fundamentales para la ejecución de un proyecto de construcción, los
datos de alta importancia analizados es el índice de compresibilidad y expansión en los
suelos arcillosos blandos, mismos que se indago de zonas cercanas en nuestro país, los
valores del Índice Comprensibilidad según (Garcia, 2018) varía Cc>0.25 mismo que los
resultados en la zona de Tonsupa varía entre 0.21-0.47, además se analizó un índice de
expansión entre 0.047 – 0.100, lo cual llevado a fracción es de 1/4 – 1/7 del Cc.

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7. Conclusión
Las ecuaciones propuestas son una aproximación muy confiable para el uso de la
ingeniería práctica referente a los suelos cohesivos blandos, las muestras deberían ser lo
más inalteradas posibles para mayor precisión en los resultados de laboratorios.
Los índices de comprensibilidad y expansión son características mecánicas de los
suelos que se deben tomar en cuenta y pasar por alto, ya que partiendo de estos factores se
pueden determinar los asentamientos adecuados para las obras civiles evitando tragedias a
largo plazo.
Para obtener mayor confiabilidad de estos factores se debería obtener gran cantidad de
muestras de varios suelos cohesivos blandos a nivel de la zona costanera de la república del
Ecuador, puesto que presenta un alto contenido de arcillas en su localidad y se puede tener
una base de datos extensa de estos parámetros para así mejorar el sistema constructivo y así
prevenir asentamientos severos en las construcciones.
8. Bibliografía
ARRIETA, C. A. C. (2002). CORRELACIÓN ENTRE EL LÍMITE LÍQUIDO Y EL ÍNDICE DE
COMPRESIBILIDAD EN LAS ARCILLAS DEL DISTRITO DE BARRANQUILLA.
Oxford University Press, 649.
Cáceres Cárdenas, L. A., Eslava Moreno, K. I., Álvarez Vega, E. R., Cáceres Cárdenas, L. A.,
Eslava Moreno, K. I., & Álvarez Vega, E. R. (2022). Efecto de la aplicación de cáñamo en las
propiedades de resistencia y resistividad de una arcilla. Revista Logos Ciencia &
Tecnología, 14(3), 8–23. https://doi.org/10.22335/RLCT.V14I3.1650
Calvo, M., & Durán, D. (2013). “Determinación del índice de compresibilidad e indice de
expansion de los suelos cohesivos blandos en la zona de Tonsupa en la provincia de
Esmeraldas.” 66–70. http://repositorio.uncp.edu.pe/handle/UNCP/3871

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Campoverde Córdova, M. del C. (2013). Correlación empírica para la obtención de los valores
del índice de compresión primaria Cc para los suelos de la ciudad de Guayaquil.
http://repositorio.ucsg.edu.ec:8080/handle/123456789/1272
Galindo, R. Á. (2000). UNIVERSroAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA
SUPERIOR DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN. Analysis.
Garcia, G. (2018). Compresibilidad de Suelos. Teoría de la Consolidación. Universidad Europea
de Madrid, 51. http://www.cartagena99.com/recursos/alumnos/apuntes/1. Tema 1
Consolidacion.pdf
Nieto Leal, A., & Kaliakin, V. N. (2016). GENERAL RESPONSE OBSERVED IN
CYCLICALLY LOADED COHESIVE SOILS. Ciencia e Ingeniería Neogranadina, 26(1),
21–39. https://doi.org/10.18359/RCIN.1673